额叶和海马神经环路工作记忆信息编码的动态连接及关键技术研究

研究目标：研究与工作记忆相关的额叶和海马神经环路信息编码及动态连接规律，发展定量分析环路中神经元"点电位"模态信息动态连接的因果分析方法。项目拟以SD大鼠为实验动物，以工作记忆相关的额叶和海马神经环路为研究对象，研究：1）应用在体多通道微电极记录技术，获取大鼠在Y迷宫工作记忆中，额叶和海马的多通道局部场电位（LFPs）和群体神经元发放时空序列。2）在海马和额叶分别计算：①LFPs特征频率分量相位的时域和频域编码时空模式②神经元集群频率编码和熵编码时空模式。3）基于频率值和熵值将离散"点电位"转化为连续序列，发展点电位因果分析方法。4）应用因果分析，分别研究额叶和海马环路参与编码工作记忆的两类神经信息（LFPs和集群中神经元发放的动作电位）在时域和频域的动态连接规律。本项目期望在额叶和海马神经环路信息编码动态连接机制研究上有所突破，为研究老年性痴呆工作记忆障碍的神经环路编码缺陷机制打基础。

1. 项目研究背景与科学问题.研究背景：神经环路是神经系统信息处理的基本单元。工作记忆是重要的认知功能，工作记忆障碍是老年性痴呆症的重主要临床症状。本项目的研究为研究神经环路多模态神经信息编码及脑网络机制，提供定量分析技术；为研究老年性痴呆工作记忆障碍的神经环路信息编码与脑网络缺陷机制提供支持。.科学问题：（1）工作记忆神经环路两种不同模态的神经信息：局部场电位（LFP）和锋电位(Spike)如何编码工作记忆？（2）工作记忆前额叶皮层神经环路多通道LFPs和Spikes功能性连接脑网络的动态模式？.研究目标：（1）发展定量分析神经环路信息编码与脑网络的创新方法。（2）在多模态神经信息层次，以大鼠Y迷宫工作记忆为研究对象，研究工作记忆与工作记忆障碍神经信息编码机制与脑网络机制。.2. 项目完成情况.项目研究计划按预期目标完成。.3. 项目成果.（1）项目标注成果.项目负责人作为通讯作者在国际期刊发表本项目标注SCI论文15篇，累计影响因子45.931。.培养1名中青年学术骨干、4名博士生、3名硕士生，其中1名博士生在2013年美国神经工程国际会议获Best paper奖。.（2）项目研究成果.1）发展神经环路信息编码与脑网络分析关键技术.①不同模态神经信息的编码技术：神经元集群熵编码、神经元集群稀疏编码、神经元集群Spike-LFP信息熵协同编码。.②低维特征空间的脑网络分析技术：稀疏网络、神经元集群网络、主分量网络。.2）前额叶皮层神经环路多通道LFPs和Spikes对大鼠Y迷宫工作记忆的熵编码与LFPs-Spike协同信息熵编码。.3）研究大鼠在Y迷宫工作记忆过程前额叶皮层神经环路多通道LFPs和Spikes在工作记忆过程中的功能性连接网络机制。.① 工作记忆过程中LFP的动态功能性连接与脑网络机制.② 工作记忆过程中Spike的动态功能性连接与脑网络机制.③ 在低维神经元集群空间、稀疏空间和主分量空间Spike的动态脑网络机制。.4. 与国内外同类研究工作相比的创新性.（1）基于定量计算研究工作记忆神经回路信息编码与脑网络机制。.（2）发展低维特征空间计算脑网络功能的理论与算法。.5. 项目后续研究计划.应用双脑区植入式微电极阵列记录技术，发展脑网络信息流计算技术，研究记忆障碍大鼠海马-前额叶皮层信息传递缺陷机制。